Doğada bulunan dört temel kuvvet hangisidir? Bu dört temel kuvvetin sıralaması, taşıyıcı parçacığı, aralığı hakkında bilgi.
Doğanın tamamında yalnızca dört farklı temel kuvvet vardır. Bu, açıkladıkları sayısız fenomeni dikkate alındığında oldukça küçük bir sayıdır. Parçacık fiziği, bu dört kuvvete yakından bağlıdır. Taşıyıcı parçacıklar olarak adlandırılan belirli temel parçacıklar bu kuvvetleri taşır ve tüm parçacıklar, hissettiği dört kuvvette sınıflandırılabilir. Aşağıda, dört temel kuvvetin önemli özelliklerini özetlemektedir.
1- Yerçekimi Kuvveti – Kütle Çekim Kuvveti
- Yaklaşık bağıl güç —
- Aralık — ∞
- +/− — Sadece +
- Taşıyıcı parçacık — Graviton (varsayılmış)
2- Elektromanyetik Kuvvet
- Yaklaşık bağıl güç —
- Aralık — ∞
- +/− — +/−
- Taşıyıcı parçacık — Foton (gözlendi)
3- Zayıf Nükleer Kuvvet
- Yaklaşık bağıl güç —
- Aralık —
- +/− — +/−
- Taşıyıcı parçacık — (gözlendi)
4- Güçlü Nükleer Kuvvet
- Yaklaşık bağıl güç — 1
- Aralık —
- +/− — +/−
- Taşıyıcı parçacık — Gluonlar (varsayılan)
Bu dört kuvvet birbirinden farklı ve en uç koşullar dışında büyük ölçüde farklılık gösterse de, aralarında benzerlikler görebiliriz. Belki de kuvvetler arasındaki en önemli özellik, hepsinin bir taşıyıcı parçacığın değiş tokuşu ile aktarılmasıdır. Her taşıyıcı parçacık sanal bir parçacıktır – kuvvet iletilirken doğrudan gözlemlenemez. Aşağıda, iki pozitif yük arasında sanal bir fotonun değişimini görülmektedir. Foton geçişinde doğrudan gözlemlenemez çünkü bu onu bozar ve kuvveti değiştirir.
Yukarıdaki çizim, iki pozitif yük arasındaki sanal bir fotonun değişiminin grafiğini çizmenin bir yolunu gösterir. Bu zamana karşı konum grafiğine, onu geliştiren parlak Amerikalı fizikçi Richard Feynman’dan (1918–1988) sonra Feynman diyagramı denir.
Feynman diyagramı
Aşağıda, bir proton ve bir nötron arasındaki sanal bir pionun [bağlantı] ‘daki ile aynı etkileşimi temsil eden değişimi için bir Feynman diyagramıdır. Feynman diyagramları yalnızca kuantum mekaniği düzeyinde etkileşimleri görselleştirmek için yararlı bir araç değil, aynı zamanda etkileşimlerin güçleri ve oluşma olasılıkları gibi ayrıntılarını hesaplamak için de kullanılır. Feynman, elektromanyetizmanın kuantum mekaniği olan kuantum elektrodinamiği (QED) alanını geliştiren teorisyenlerden biriydi. QED, mikroskobik ölçekte elektromanyetik etkileşimleri tanımlamada olağanüstü başarılı olmuştur. Feynman ilham verici bir öğretmendi, renkli bir kişiliğe sahipti ve nesiller boyu fizikçiler üzerinde derin bir etki yarattı. 1965 Nobel Ödülü’nü, parçacık fiziği üzerindeki derin etkileri ile QED’deki çalışmaları için Julian Schwinger ve S.I.Tomonaga ile paylaştı.
Taşıyıcı parçacığın kütlesi ile kuvvet aralığı arasında bir ilişki vardır. Foton kütlesizdir ve enerjisi vardır. Dolayısıyla, (sanal) fotonların varlığı ancak Heisenberg belirsizlik ilkesi sayesinde mümkündür ve sınırsız bir mesafe kat edebilir. Bu nedenle, elektromanyetik kuvvetin aralığı sonsuzdur. Bu aynı zamanda yerçekimi için de geçerlidir. Menzil olarak sonsuzdur çünkü onun taşıyıcı parçacığı olan graviton sıfır durgun kütleye sahiptir. (Kütleçekimi kuantum ölçeğinde anlaşılması en zor olanıdır çünkü diğerlerinin hareket ettiği uzay ve zamanı etkiler. Ancak yerçekimi o kadar zayıftır ki etkilerini kuantum mekanik olarak gözlemlemek son derece zordur. Zayıf nükleer kuvveti taşıyan parçacıkları, bu kuvvetin çok kısa menzilini oluşturan kütleye sahiptir. Aslında, , pionlardan yaklaşık 1000 kat daha büyüktür, bu da zayıf nükleer kuvvetin menzilinin güçlü nükleer kuvvetin menzilinin yaklaşık 1 / 1000’i olduğu gerçeğiyle tutarlıdır. Gluonlar aslında kütlesizdir, ancak piyonlar gibi büyük taşıyıcı parçacıkların içinde hareket ettikleri için, güçlü nükleer kuvvet de kısa menzillidir.
Yukarıda verilen kuvvetlerin göreceli güçleri en yaygın durumlar içindir. Parçacıklar birbirine çok yaklaştırıldığında, göreli kuvvetler değişir ve son derece yakın mesafede özdeş hale gelebilirler. Kuvvetlerin Birleşmesi, taşıyıcı parçacıklar, parçacıkları birbirine çok yaklaştırmak için gereken enerji tarafından değiştirilebilir – öyle ki özdeş hale gelirler.
Sözlük
- Feynman diyagramı
atom altı parçacıklar arasındaki sanal parçacıkların değişimini tanımlayan konum-zaman grafiği
- gluon
İki yüklü parçacık arasındaki elektromanyetik kuvveti ortaya çıkaran foton değişimine benzer şekilde parçacık değişimi
- kuantum elektrodinamiği
parçacık ölçeğinde elektromanyetizma teorisi